სამყაროს ციკლური მოდელი: მატერიის გადაგვარება ხდება უსასრულოდ

2024 ავტორი: Seth Attwood | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2023-12-16 16:09

2000-იანი წლების დასაწყისში პრინსტონის უნივერსიტეტის ორმა ფიზიკოსმა შემოგვთავაზა კოსმოლოგიური მოდელი, რომლის მიხედვითაც დიდი აფეთქება არ არის უნიკალური მოვლენა, მაგრამ სივრცე-დრო სამყაროს დაბადებამდე დიდი ხნით ადრე არსებობდა.

ციკლურ მოდელში სამყარო გადის უსასრულო თვითშენარჩუნების ციკლს. 1930-იან წლებში ალბერტ აინშტაინმა წამოაყენა იდეა, რომ სამყაროს შეუძლია განიცადოს დიდი აფეთქებების და დიდი შეკუმშვის გაუთავებელი ციკლი. ჩვენი სამყაროს გაფართოება შეიძლება იყოს წინამორბედი სამყაროს დაშლის შედეგი. ამ მოდელის ფარგლებში შეგვიძლია ვთქვათ, რომ სამყარო ხელახლა დაიბადა მისი წინამორბედის სიკვდილიდან. თუ ასეა, მაშინ დიდი აფეთქება არ იყო რაღაც უნიკალური, ეს არის მხოლოდ ერთი უმნიშვნელო აფეთქება უსასრულო რაოდენობის სხვათა შორის. ციკლური თეორია სულაც არ ანაცვლებს დიდი აფეთქების თეორიას, ის ცდილობს უპასუხოს სხვა კითხვებს: მაგალითად, რა მოხდა დიდ აფეთქებამდე და რატომ გამოიწვია დიდი აფეთქებამ სწრაფი გაფართოების პერიოდი?

სამყაროს ერთ-ერთი ახალი ციკლური მოდელი შემოგვთავაზეს პოლ სტეინჰარდტმა და ნილ ტუროკმა 2001 წელს. სტეინჰარდტმა აღწერა ეს მოდელი თავის სტატიაში, რომელსაც ეწოდა „უნივერსიტეტის ციკლური მოდელი“. სიმების თეორიაში მემბრანა ან „ბრანე“არის ობიექტი, რომელიც არსებობს რამდენიმე განზომილებაში. სტეინჰარდტისა და ტუროკის მიხედვით, სამი სივრცითი განზომილება, რომელსაც ჩვენ ვხედავთ, შეესაბამება ამ ბრანებს. ორი 3D brane შეიძლება არსებობდეს პარალელურად, გამოყოფილი დამატებითი, ფარული განზომილებით. ეს ბრანები - ისინი შეიძლება ჩაითვალოს ლითონის ფირფიტებად - შეუძლიათ გადაადგილდნენ ამ დამატებითი განზომილების გასწვრივ და შეეჯახონ ერთმანეთს, შექმნან დიდი აფეთქება და, შესაბამისად, სამყაროები (როგორც ჩვენი). როდესაც ისინი ერთმანეთს ეჯახებიან, მოვლენები ვითარდება დიდი აფეთქების სტანდარტული მოდელის მიხედვით: იქმნება ცხელი მატერია და რადიაცია, ხდება სწრაფი ინფლაცია და შემდეგ ყველაფერი კლებულობს - და იქმნება ისეთი სტრუქტურები, როგორიცაა გალაქტიკები, ვარსკვლავები და პლანეტები. თუმცა, სტეინჰარდტი და ტუროკი ამტკიცებენ, რომ ყოველთვის არის გარკვეული ურთიერთქმედება ამ branes-ს შორის, რომელსაც ისინი უწოდებენ inter-brane: ის აერთიანებს მათ, იწვევს მათ კვლავ შეჯახებას და წარმოქმნის შემდეგ დიდ აფეთქებას.

Steinhardt-ისა და Turok-ის მოდელი მაინც ეჭვქვეშ აყენებს დიდი აფეთქების მოდელის ზოგიერთ ვარაუდს. მაგალითად, მათი აზრით, დიდი აფეთქება არ იყო სივრცისა და დროის დასაწყისი, არამედ ევოლუციის ადრინდელი ეტაპიდან გადასვლა. თუ ვსაუბრობთ დიდი აფეთქების მოდელზე, მაშინ ის ამბობს, რომ ამ მოვლენამ აღნიშნა სივრცისა და დროის, როგორც ასეთის, დაუყოვნებელი დასაწყისი. გარდა ამისა, ამ შეჯახების ციკლში, სამყაროს ფართომასშტაბიანი სტრუქტურა უნდა განისაზღვროს შეკუმშვის ფაზაში: ანუ ეს ხდება მათ შეჯახებამდე და მომდევნო დიდი აფეთქების მოხდენამდე. დიდი აფეთქების თეორიის მიხედვით, სამყაროს ფართომასშტაბიანი სტრუქტურა განისაზღვრება სწრაფი გაფართოების (ინფლაციის) პერიოდით, რომელიც მოხდა აფეთქებიდან მალევე. უფრო მეტიც, დიდი აფეთქების მოდელი არ პროგნოზირებს რამდენ ხანს იარსებებს სამყარო და სტეინჰარდტის მოდელში თითოეული ციკლის ხანგრძლივობა დაახლოებით ტრილიონი წელია.

სამყაროს ციკლური მოდელის კარგი ის არის, რომ დიდი აფეთქების მოდელისგან განსხვავებით, მას შეუძლია ახსნას ეგრეთ წოდებული კოსმოლოგიური მუდმივი. ამ მუდმივის სიდიდე პირდაპირ კავშირშია სამყაროს აჩქარებულ გაფართოებასთან: ის განმარტავს, თუ რატომ ფართოვდება სივრცე ასე სწრაფად. დაკვირვების თანახმად, კოსმოლოგიური მუდმივის მნიშვნელობა ძალიან მცირეა.ბოლო დრომდე ითვლებოდა, რომ მისი ღირებულება 120 ბრძანებით ნაკლებია, ვიდრე სტანდარტული დიდი აფეთქების თეორიით იყო ნაწინასწარმეტყველები. ეს განსხვავება დაკვირვებასა და თეორიას შორის დიდი ხანია ერთ-ერთი ყველაზე დიდი პრობლემაა თანამედროვე კოსმოლოგიაში. თუმცა, არც ისე დიდი ხნის წინ, ახალი მონაცემები იქნა მიღებული სამყაროს გაფართოების შესახებ, რომლის მიხედვითაც ის უფრო სწრაფად ფართოვდება, ვიდრე ადრე ეგონათ. რჩება ველოდოთ ახალ დაკვირვებებს და უკვე მიღებული მონაცემების დადასტურებას (ან უარყოფას).

სტივენ ვაინბერგი, 1979 წლის ნობელის პრემიის ლაურეატი, ცდილობს ახსნას განსხვავება მოდელზე დაკვირვებასა და წინასწარმეტყველებას შორის ეგრეთ წოდებული ანთროპული პრინციპის გამოყენებით. მისი თქმით, კოსმოლოგიური მუდმივის მნიშვნელობა შემთხვევითია და განსხვავდება სამყაროს სხვადასხვა ნაწილში. ჩვენ არ უნდა გაგვიკვირდეს, რომ ჩვენ ვცხოვრობთ ისეთ იშვიათ ტერიტორიაზე, სადაც ვაკვირდებით ამ მუდმივის მცირე მნიშვნელობას, რადგან მხოლოდ ამ მნიშვნელობით შეიძლება განვითარდეს ვარსკვლავები, პლანეტები და სიცოცხლე. თუმცა, ზოგიერთი ფიზიკოსი არ არის კმაყოფილი ამ განმარტებით იმის გამო, რომ არ არსებობს მტკიცებულება იმისა, რომ ეს მნიშვნელობა განსხვავებულია დაკვირვებადი სამყაროს სხვა რეგიონებში.

მსგავსი მოდელი შეიმუშავა ამერიკელმა ფიზიკოსმა ლარი ებოტმა 1980-იან წლებში. თუმცა, მის მოდელში, კოსმოლოგიური მუდმივის შემცირება დაბალ მნიშვნელობებამდე იმდენად დიდი იყო, რომ სამყაროს მთელი მატერია ამ პერიოდის განმავლობაში გაფანტულიყო სივრცეში და ფაქტობრივად ცარიელი დატოვა. სტეინჰარდტისა და ტუროკის სამყაროს ციკლური მოდელის მიხედვით, კოსმოლოგიური მუდმივის მნიშვნელობის ასეთი მცირე მიზეზი არის ის, რომ ის თავდაპირველად ძალიან დიდი იყო, მაგრამ დროთა განმავლობაში, ყოველ ახალ ციკლთან ერთად, მცირდებოდა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ყოველი დიდი აფეთქებისას სამყაროში მატერიისა და გამოსხივების რაოდენობა „ნულდება“, მაგრამ არა კოსმოლოგიური მუდმივი. მრავალი ციკლის განმავლობაში, მისი ღირებულება დაეცა და დღეს ჩვენ ვაკვირდებით ზუსტად ამ მნიშვნელობას (5, 98 x 10-10 J / m3).

ინტერვიუში ნილ ტუროკმა ისაუბრა თავისი და სტეინჰარდტის ციკლური სამყაროს მოდელზე შემდეგნაირად:

„ჩვენ შევთავაზეთ მექანიზმი, რომლის დროსაც სუპერსიმების თეორია და M-თეორია (კვანტური გრავიტაციის ჩვენი საუკეთესო კომბინირებული თეორიები) საშუალებას აძლევს სამყაროს გაიაროს დიდი აფეთქება. მაგრამ იმის გასაგებად, არის თუ არა ჩვენი ვარაუდი სრულად თანმიმდევრული, საჭიროა შემდგომი თეორიული მუშაობა.”

მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ ტექნოლოგიების განვითარებასთან ერთად, გაჩნდება ამ თეორიის სხვებთან ერთად გამოცდის შესაძლებლობა. ამრიგად, სტანდარტული კოსმოლოგიური მოდელის (ΛCDM) მიხედვით, დიდი აფეთქების შემდეგ მალევე მოჰყვა ინფლაციის სახელით ცნობილი პერიოდი, რომელმაც სამყარო გრავიტაციული ტალღებით შეავსო. 2015 წელს გრავიტაციული ტალღის სიგნალი დაფიქსირდა, რომლის ფორმა დაემთხვა ფარდობითობის ზოგადი თეორიის პროგნოზს ორი შავი ხვრელის შერწყმის შესახებ (GW150914). 2017 წელს ამ აღმოჩენისთვის ნობელის პრემია მიენიჭათ ფიზიკოსებს კიპ თორნს, რაინერ ვაისს და ბარი ბარიშს. ასევე შემდგომში დაფიქსირდა გრავიტაციული ტალღები, რომლებიც წარმოიშვა ორი ნეიტრონული ვარსკვლავის შერწყმის მოვლენიდან (GW170817). თუმცა, კოსმოსური ინფლაციის გრავიტაციული ტალღები ჯერ არ დაფიქსირებულა. უფრო მეტიც, სტეინჰარდტი და ტუროკი აღნიშნავენ, რომ თუ მათი მოდელი სწორია, მაშინ ასეთი გრავიტაციული ტალღები ძალიან მცირე იქნება „გამოვლენისთვის“.